大底盘双塔楼偏置超限高层建筑结构抗震设计.pdf

大底盘双塔楼偏置超限高层建筑结构抗震设计 陈天镭1 莫庸2 汪斌斌1 1 兰州有色冶金设计研究院有限公司 7 3 0 0 0 0 ， 2 甘肃省建设科技专家委员会 3 0 0 0 0 摘要本文通过对大底盘双塔楼塔楼结构与底盘结构偏置后质忠距离变化的各种情况进行计算分 析，寻找规律，提出该类结构的设计建议． 关键词大底盘双塔楼偏置 j ‘- k 刖罱 大底盘双塔楼结构的塔楼结构与底盘结构的偏置在工程设计中经常遇到，且工程设计中常遇到塔楼结构与底 盘结构质心的距离接近或大于底盘相应边长的2 嘶的偏置情况，本文通过对一底盘双塔楼结构平面偏置较大时的演 变计算，分析结构设计中各主要控制参数的变化情况． ， 1 、大底盘双塔楼结构偏置的分析结果 对一大底盘双塔楼结构先按塔楼与底盘无偏置的情况进行分析，然后对塔楼结构和底盘结构 逐渐加大偏置，形成了2 0 种偏置的结构平面，典型的结构平面如图卜4 ，平面尺寸达到1 5 6 m X1 5 6 m ， 结构高度7 9 m ，2 4 层，底盘3 层，基本柱网7 ．8 m ，这些偏置平面的偏置率 塔楼结构与底盘结构质 心距离与底盘相应边长的比 达到了2 5 ％～4 0 ％。在这样的偏置情况下，进行了水平地震作用下的分 析，其计算分析结果如表1 、表2 。 为了突出研究偏置率问题，统一按Ⅱ类场地，同一计算程序进行结构分析，结构计算的参数 均按常规工程设计的合理值选取，结构计算的其它结果参数指标均能全部基本满足规范要求，构件 断面为正常合理断面。因篇幅原因其它参数不再列出。结构分析采用中国建筑科学研究院编制的三 维组合结构有限元S A T W E 程序，按楼板整体平面内无限刚假定、弹性楼板假定两种情况进行计算。 计算考虑了7 ．5 度和8 度两种不同烈度。 2 、塔楼与底盘偏置率达到2 5 ％～4 0 ％时的结构主要控制参数 由表l 、表2 的计算结果可以看出当偏置率增大到2 5 ％～4 0 ％时，结构的层间位移角在1 ／9 2 0 3 9 7 左右，位移比在1 ．1 0 ～1 ．2 7 间，绝大部分小于1 ．2 0 。偏置率的增大，使得位移比增大，但均在合 理范围。 对双塔楼结构按取掉底盘以上一个塔楼后带底盘的大底盘单塔楼结构分析周期比，周期比在 0 ．8 4 ～0 ．8 7 左右变化，个别达到0 ．9 0 ，绝大部分可满足要求。 本文计算的大底盘双塔楼结构的特点是在底盘内布置一定数量的剪力墙，增加底盘的刚度。 在这种情况下，偏置率的变化对位移及位移比的影响不明显，周期比也在可控范围内，第3 周期为 扭转周期。而地震烈度的影响十分明显，当地震烈度从7 ．5 度升至8 度时，位移明显增大。 在各种情形下，各塔楼竖向构件的内力变化幅度不大，未出现零应力区的情况。 按弹性楼板假定计算时，受扭控制参数比则性楼板假定时变大，经过对抗侧力构件平面刚度 的适当调整后，受扭控制会达到新条件下的满足，由于篇幅原因，此内容不再列出。 3 、大底盘双塔楼结构的周期比计算 本文对大底盘双塔楼结构的周期比计算按如下模型进行取掉底盘以上一个塔楼后，对所剩 下的底盘和另一塔楼按大底盘单塔楼结构分别近似计算周期比。这种计算考虑了底盘的影响，忽略 了另一塔楼 底盘以上部分 的影响，目前便于在工程中使用。裙房偏置的大底盘单塔楼结构的偏 心较大，当此时周期比能满足时，说明结构平面上抗侧构件的刚度分布较合理，当大底盘双塔楼分 解成两个裙房偏置的大底盘单塔时，分别计算的两个周期比都能满足，基本说明此双塔楼结构抗扭 刚度合理。若要进一步验证周期比可采用动能等效原理法 1 计算。 4 、特别复杂大底盘双塔楼的分缝处理 由于建筑平面布置极不规则，且建筑功能上不允许或限制在结构平面上设抗侧力构件，此时 大底盘双塔楼结构的设计面临着建筑平面布置和结构平面布置的矛盾，偏置率较大，结构工程师难 以按抗扭设计原理完成设计，此时，在结构平面上合理的设抗震缝，会使疑难问题迎刃而解。 首先，设缝时在缝两侧形成双柱或悬挑梁，增加了构件和变形缝的处理，这种增加并不显著 影响建筑功能，无论在地上、地下，变形缝的处理都是成熟的，防水变形缝的处理也是过关的a 由 此而增加的造价并不比不设缝连为一体时，造成的按大底盘双塔楼抗震设计时增加的造价高多少 3 9 8 其次，大底盘双塔楼结构振动复杂，高振型对结构内力的影响较大，抗震措施严格设缝分解 成单塔楼后，使复杂的问题简化，竖向不规则变为竖向较规则，偏置率减小，结构分析和结构设计 均易于实现。 再者，内力计算结果表明。大底盘双塔楼结构，底盘与塔楼的竖向构件内力相差很大。三层 裙房竖向构件的内力很小，对于2 0 余层的塔楼结构竖向构件的内力将是底盘结构竖向构件内力的 1 5 ～2 0 倍，内力将向塔楼下集中，影响将不超过塔楼相邻裙房一跨，从地基变形考虑，设缝是有利 的，尤其在较软弱的地基上． 5 、结论和建议 通过上述分析，对大底盘双塔楼结构设计得到如下启示 1 大底盘上偏置的双塔楼结构属于竖向不规则结构，扭转反应较大，结构布置时，应减小偏 ， 置率，若不能减小时，应适当增大裙房底盘刚度，在裙房内增设抗侧力构件，塔楼与底盘的偏置率 可适当突破规范2 0 ％的限制，具体应以满足受扭控制指标为原则进行调整计算。 2 初步分析时，周期比的计算可采用分割成两个带底盘的偏置单塔计算。 3 对特别复杂的大底盘双塔楼结构应优先采取分缝的处理方法。 4 大底盘双塔楼结构的竖向构件的内力将向塔楼下集中，影响大致在相邻裙房一跨内，基础 设计时应注意地基反力分布向塔楼集中的这一特点。 参考文献 1 徐培福、冀吉锋，韦承基．高层建筑结构扭转反应控制的讨论．建筑结构．2 0 0 7 1 ． 2 陈天镭，申世飞．裙房偏置高层建筑结构地震扭转控制建议．建筑结构，2 0 0 7 8 ． 3 高层建筑混凝土结构技术规程 J G J 3 - 2 0 0 2 北京．中国建筑工业出版社，2 0 0 2 ． 3 9 9 V 曩 2蠹兰g竺妻毒冀仁 苫 2 ； 2 ；昌器矗昌嚣窭磊； 幅 ‘ 爱昌暮搿宝搿搿鬟譬五星 蠹宝暮囊宝薹星呈娶 曼 蠹 一暑∞ ■ 菝 ’ 擘 V 丑 隶 苫器器盎 苫霉 皇2 2譬 鼍 ；毫 ● 零2鼋；窨是 琶 拳2拦2妻嚣擘 缸墨 试 握巷 “d 譬g昌名昌盛嚣2口8 d 盘嚣蛊召譬茗誊 ‘ 羞 茕 坍埘岫啦m●e盎 瑶8 矗 埘 V 丑 彘 苫罩鲁召毒寓若高蛊誊霉导 豁葛 已 嚣叠暑蠕昌蓦 妞 二』 ≈暑拿拿 ‘ 穹拿 ‘ d‘ 拿 二』 导 d -』 硝 鬟掣●●● ’ n●t● f∞fff 蕾 ■ 基 坩 V 臻登搴警8寮露昌是 丑 ‘dd诘讨旧 ∞。 ■ _ 曩 一 馨器露鲁鲁嚣譬异宕葛 丑 d茁 。“ d岍∞ d ‘ ■ ∞ 霰 丑 窨兽鲁考器善罟磊露宴鑫器露晶鲁 饕 ‘』。‘‘‘‘j‘j』‘』』二 捌 扭 口 警 山 窖窨ggg君高器器 捌 ‘‘ 一 ‘』o。‘‘‘ ■ ● 涛 萎誉 器 罢 蕾 墨 萎蹙 碧 昌蝥譬 喾 葛 趔 j 芝 _≥ 一 ≥∑ 暑 ∑ 窟 一 _ ■ 薯 量 霹 _o 墨 f 星 ≥ 还 誊喜毒 曼芝 夏 j 暑 宅曼 _ _ ●_≥ 娶 _ 一 尊 一 _ 魁 誉 厦 嚏 V ● 爵 嚣葛 器 譬葛2 掌 ■ ● V晴 口啊 晴 ∞ 器 m m ■ 镩 嚣 篇器器 ■ 器 毫 嚣 器 矗 螬 曩 蕾 昌 士 足釜状霉卜圣鉴最霉叫哥霉匿妒世群宰咔旱一琳车睾蛊阱喇雀熏堆卜旺世髅菪牛*莒龌磐噗搽巡∞颦辫睽相避K 4 0 1 星 ● 簟 | | I j | | ll l | | | | l l | | I { 一l | | l l | | L I - 卜■．I I J 一．| J I _ | 一I 卜小_ | _ I - l 一| | | | | | | | | | j | | | | | | | | | | | | | | ∞ 螺 2 譬搿磊 竺 g 竺 篇嚣鲁盅罟器竺；薯蛊竺 鐾篇霉∞罟纠苫 吧翻 g ．二‘ 毒蠢謇塞 蓦譬翟；；；磊盛套窖象暮宝盂蔷蚤 誊窭譬 由由 裁 忙 舍 丑 彘 苫 麓 ；蔫 雾暑霉 n T 2葛宝￡誊誉 ■ 霉鬟暑 一 髓 。 毒 一“ 爱 囊意基 ● 叠 g ；呈霉2 品 t 二 口{ 蔷 。 毒毳墓寮罄暑隶 旧蚌暑 暑磊疆晤莹 露罄22 葛馨 蛊薯 m岍譬 套 捌 ● i 鑫 鲁霉簧 暑器昌磊￡窭霉馨g 舄’ 宕 撬H苫磊 露 萋 j霉拿喜 ．二 d_ 二‘ 6 - 二‘ 拿 d 二』 _t _ _ 可 f’ f ●‘ 毫 墨謦昌 宕苫蓦霉2苫雷 g ■一一 一。。一o 密 毫 墨∞由宝 蛊誉暑 8 ■一矗矗一 一一 ； 曩 兽8焉昌嚣2三暑 8器2 高窝 鲁舄器是 丑 铺 - - 二 一一‘掣 8鲁 g2S g 器品器宴 丑 罅 一 一 一二 一 一一一一堪 毫 器8 暑 一 g 暑 器 量馨 肆寮 d g言誉罾 善誉笤 鸯 S S S 星≥ 三 ≮ S三 ≥ 一 ≥≥ 隧 ≥≥ 一 嘏 量 盘薯 g 蓦盘嚣 姊 暑暑 鬯 掣 ≥≥ 星 毯 墨 盘 蓦窖譬譬昌宝蓦 薯昌盏曩 害 骞塞 。 6d6d。d d6c ；o 匿 6 dd 搿 ● 2 罾 星 至 荟吾 盆 善g 窘 器 g 葛2窖 一 一 芒童 Vh t 一 一 一一 墨 二 一 一一- 瞳 Nh 罡 置 l 器 舶n 昌暑跫 器8 荟墨 8巷 著 羞V 三 一一工一。 ； ￡ 薯 一一一一．二 瞳 N 卜na 帕 g 替 o 一 ；g 譬累器g暑 晷器高窨誉g2荟 V 盅 一一 一一- 二．二 一“一““硝 謇工 墨 毫 拿2